Очерки о Вселенной
Шрифт:
С помощью описанного способа и других, использующих спектры, а также с помощью совершенно иных косвенных методов можно определять расстояния до звезд, отстоящих гораздо дальше, чем на 300 световых лет. Свет звезд некоторых далеких звездных систем доходит до нас за сотни миллионов световых лет. Это вовсе не значит, как часто думают, что мы наблюдаем звезды, может быть, уже не существующие сейчас в действительности. Не стоит говорить, что «мы видим на небе то, чего в действительности уже нет», ибо подавляющее большинство звезд изменяется так медленно, что миллионы лет назад они были такими же, как сейчас, и даже видимые места их на небе меняются крайне медленно, хотя в пространстве звезды движутся быстро.
Движение неподвижных звезд
Этот парадокс вытекает из того, что в отличие от блуждающих светил - планет-звезды созвездий некогда назвали неподвижными.
Для большинства звезд никакого перемещения подметить не удается, потому что они слишком далеки от нас. Всадник, скачущий карьером на горизонте, как нам кажется, почти стоит на месте, а черепаха, ползущая у наших ног, перемещается довольно быстро. Так и в случае звезд - мы легче замечаем движения ближайших к нам звезд. Фотографии неба, которые удобно сравнивать друг с другом, очень нам в этом помогают. Наблюдения положения звезд на небе делались задолго до изобретения фотографии, сотни и даже тысячи лет назад. К сожалению, они были слишком неточны, чтобы из сравнения их с современными можно было заметить движение звезд. «Летящая звезда Барнарда» - так назвали одну слабенькую звездочку за ее наиболее заметное среди звезд движение по небу, но движется она, если хотите, даже не черепашьим шагом, а еще медленнее. За год она «пролетает» по небу дугу в 10", т. е. чтобы переместиться на видимую величину лунного поперечника (112°), ей потребуется две сотни лет. Если ее сфотографировать большим московским астрографом, дающим крупный масштаб, то изменение за год ее положения среди звезд на фотографии составит меньше одного миллиметра! Однако по сравнению с другими звездами это действительно «летящая» звезда. Для большинства звезд с уже измеренным движением по небу сдвиг их на фотографиях, снятых такими же большими телескопами с промежутками времени в десятки лет, выражается сотыми и даже тысячными долями миллиметра.
Определив величину и направление видимого углового перемещения звезд на небе, можно рассчитать, как изменится с течением времени расположение ярких звезд в созвездиях. Движение множества звезд было определено, в частности, в Пулковской обсерватории в прошлом веке, а позднее С. К. Костинским и в особенности А. Н. Дейчем.
Как ни ничтожны угловые перемещения звезд собственными движениями, они соответствуют громадной скорости в пространстве, если вспомнить величину расстояния, с которого мы их видим. Надо иметь в виду, что видимое угловое перемещение звезды зависит не только от расстояния и от скорости движения ее в пространстве, но и от направления, по какому она движется относительно нас. На фоне далекого леса или дома несущийся к вам по дороге велосипедист смещается меньше, чем пешеход, идущий невдалеке вам наперерез.
Рис. 138. Лучевая и тангенциальная скорости движения звезды
Если звезда движется под прямым углом к линии, цо которой мы на нее смотрим, то ее смещение на небе целиком соответствует ее скорости в пространстве, которую легко тогда подсчитать, зная расстояние до звезды.
Пусть, например, такая звезда передвигается в год на 1" и находится от нас на расстоянии, в 2 082 650 раз большем, чем Земля от Солнца. Тогда, как мы знаем, длина дуги в 1" (в 206 265 раз меньшая радиуса окружности) составит здесь отрезок, в 10 раз больший расстояния от Земли до Солнца. Это путь, пройденный ею за год, и отсюда легко рассчитать ее скорость в километрах в секунду. Она составит:
(1500000000/365X24X60X60)=47,4 км/сек.
У нас есть еще другая возможность изучать движение звезд - измеряя смещение линий в их спектрах. Эта лучевая скорость в сочетании с измеренным собственным движением при известном расстоянии до звезды (только в этом случае!) полностью определяет нам движение ее в пространстве и по величине и по направлению. Например, если обе скорости равны, то направление движения звезды составляет угол в 45° с линией нашего зрения.
Рис. 139. Изменения очертаний теперешнего 'ковша' Большой Медведицы. Верхний рисунок - нынешние очертания, средний - через 50 тыс. лет, нижний - через 100 тыс. лет
Усилиями многих обсерваторий, среди которых видное место занимают Пулковская и Симеизская, к настоящему времени измерены собственные движения более 100 тысяч звезд и лучевые скорости 7 тысяч звезд. К сожалению, не все звезды из этих 7 тысяч входят в число 100 000 названных выше. Собственные движения звезд определяют специалисты по измерению фотографий (гоняясь за звездами с более заметным движением), между тем лучевые скорости определяют спектроскописты, выбирающие достаточно яркие звезды, для которых можно сфотографировать спектр с большой дисперсией. Скорости звезд составляют обычно десятки километров в секунду. Наибольшую из измеренных астрономами до настоящего времени скоростей (583 км/сек) имеет одна слабая звезда в созвездии Голубя.
Регулирование звездного движения
Первый вопрос, который сразу же встает при изучении движений звезд,- это вопрос, есть ли какая-нибудь закономерность в звездных движениях? Есть ли дороги в нашем звездном городе, по которым движется звездное население, регулируется ли как-либо это движение? Если такое регулирование есть, то роль милиционера в нем играет, конечно, закон всемирного тяготения.
Мы хотим знать не только то, что звезды движутся, не только то, какова их скорость, но и то, каковы законы их движения. Для этого нужно было накопить большой наблюдательный материал и суметь его проанализировать.
В результате такого анализа было найдено, что некоторые группы звезд движутся в пространстве параллельно и с одинаковой скоростью, будучи связаны взаимным тяготением и общностью происхождения. Такова, например, группа слабых звезд вокруг Альдебарана в созвездии Тельца, называемая Гиадами. Такова группа из пяти ярких звезд Большой Медведицы, а также некоторых других звезд, видимых в разных частях неба.
Кроме таких групповых движений, все звезды принимают участие в сложном вращении вокруг центра тяжести всей нашей звездной системы, но об этом мы поговорим в главе 11. Кроме участия в систематических движениях, почти каждая звезда имеет еще свою собственную скорость, подобно комару в комарином рое, относимом ветром.
Куда мы несемся?
Прежде чем изучать систематические движения звезд, надо выяснить, не влияет ли на их видимое движение наше собственное перемещение в пространстве. Ведь прежде чем выяснить истинное устройство Солнечной системы, пришлось же учесть кажущиеся движения светил, вызванные суточным и годичным движением Земли. Можно себе представить, что звезды в пространстве неподвижны, а наша Солнечная система несется среди них. Тогда нам казалось бы, что звезды движутся, расступаясь там, куда мы несемся, и смыкаясь в той стороне неба, откуда мы удаляемся, как деревья при нашей прогулке по лесу. Но в действительности звезды - не неподвижные деревья. Каждая из них движется, и их лучше сравнить с огоньками на носу лодок в большом порту, в который тихо входит ночью наш пароход. Ялики и шлюпки тихо скользят по всем направлениям, неся с собой в темноте свои огоньки. Несмотря на этот хаос движений, мы заметим, что в общем, в среднем огоньки лодок перед нами как бы расступаются, когда мы к ним подплываем, и смыкаются позади нас. Для обнаружения движения Солнечной системы можно допустить, что движения звезд беспорядочны, хаотичны. Взяв на небе участки с достаточным числом звезд, мы рассмотрим среднее движение звезд в них. Их хаотические движения в разные стороны взаимно исключатся, и останется только то движение, которое для них всех является общим. Звезды в такой площадке в среднем движутся в одну сторону, как стадо коров, в котором каждая бродит туда или сюда, пощипывая траву и подаваясь все же вперед вместе со всем стадом на свежую траву.